化工用鼓風機密封修復及性能對比

盧棟林　王崇國　胡啟峰

摘 要：迷宮密封是流體機械中應用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。為了防止大型進口二氧化硫鼓風機備件行業(yè)壟斷和減少檢修成本，針對風機密封泄露問題，技術人員對密封結構和材料進行了認真分析和研究，通過多次實驗，成功的加工出了自制密封，代替原有進口密封。新密封安裝后，消除了鼓風機故障，增加了風機出口流量，提高了風機運行效率，減小了風機振動，降低了風機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延長了風機使用壽命。

關鍵詞：鼓風機;密封;修理

0 前言

冶煉煙氣制酸工藝的核心設備是二氧化硫鼓風機，該設備的平穩(wěn)可靠運轉，是整個制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。[1]國內制酸企業(yè)使用的二氧化硫鼓風機，大多數(shù)進口西門子公司的設備以及配套軟硬件產品。進口二氧化硫鼓風機國外技術壟斷，使國內企業(yè)在設備維護方面缺乏主動性，鼓風機檢修完全依靠國外技術和外國工程師，因此增加了檢修成本，延長了檢修時間，很大程度上影響了企業(yè)運行的經濟性。

金川公司化工廠通過理論研究和長期實踐摸索，在進口二氧化硫鼓風機國產化技術改造和工藝匹配化技術改造方面大膽創(chuàng)新，勇于嘗試，系統(tǒng)研究了大型進口二氧化硫鼓風機性能優(yōu)化技術，打破了國外技術壟斷和封鎖，降低了進口設備維護費用，提高了維護主動性與計劃性。

1 鼓風機軸封泄漏改進的技術研究

1.1 迷宮密封的機理

迷宮密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮的間隙時產生節(jié)流效應而達到阻漏的目的[2]。

迷宮密封是流體機械中應用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。[3]氣體從高壓側以極高的流速流經節(jié)流窄縫，再進入迷宮腔膨脹，從而消耗氣體流經窄縫形成的動能，如此經過多次節(jié)流和膨脹產生阻力，阻止氣體向外泄漏，因此達到密封的目的。[4]

迷宮密封特點：

①盡量使煙氣的動能轉化為熱能，而不使余速進入下一個間隙。齒與齒之間應保持適當?shù)木嚯x，或用高-低齒強制改變氣流方向。理論上要求齒間距一般為5～9mm;[5]

②密封齒要做得盡量薄，并帶銳角。齒尖厚度應小于0.5mm，運行中偶爾與軸相碰時，齒尖會先磨損而脫離接觸，不會因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故;[6]

③對密封材料的基本要求是具有一定的力學性能、彈性、適當硬度、耐高溫和低溫、與工作介質相適應、耐氧性和耐老化性好、耐磨損、易于成形加工。[7]

1.2 風機密封情況分析

該風機密封安裝于蝸殼與轉子主軸之間，為迷宮式碳環(huán)密封結構。該二氧化硫鼓風機正常運行時，已發(fā)現(xiàn)密封有泄漏現(xiàn)象，經過對密封間隙實際測量，發(fā)現(xiàn)其間隙為 0.58mm。而說明書要求的迷宮密封的設計徑向間隙為0.314～0.428mm，實測間隙值超出設計間隙范圍，因此需要對迷宮密封進行技術處理。

1.3 密封改造

該二氧化硫鼓風機為進口設備，而設備備件的及時供應是制約正常生產的重要因素，過多的依賴進口備件，只會制約化工廠連續(xù)生產。由于檢修工期較緊，再加上該設備投用多年，結構特殊，國外原供應商已經很少對該設備批量生產備件。供應的備件也是按需加工，不會有庫存，申報備件需要有充足的時間。此時能合理實施備件國產化改造或代用是非常有必要的，在時間上和經濟上都是非常有利的。

軸封國產化的可行性分析：

首先，隨著國家改革開放和經濟發(fā)展，我國目前已經有較高的機械加工能力與技術水平。[8]金屬材料領域的發(fā)展也非常迅速，各種合金的加工廠家與研究單位越來越多。[8]鋁合金密度低，塑性好，強度高，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，接近或超過優(yōu)質鋼，廣泛使用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中。[9]

其二，化工廠技術人員在2008年時曾對一臺國有風機密封做過改造，改造后試用效果較好。因此技術人員對照之前的改造圖紙，從迷宮密封的機理、參數(shù)測量、設計等方面進行了綜合分析和計算，重新加工出一套迷宮密封（工程圖見圖1，現(xiàn)場圖見圖2）。

計算方法如下：

H/R=0.0225，b/R=0.0015，h1/R=0.05，h2/R=0.0275，t1/R=0.0775，t2/R=0.02，t3/R=0.0325，L1/R=0.3，L2/R=0.058，s/R=0.0015～0.004，R為200mm。

S實際加工數(shù)據(jù)為0.38mm（在說明書中要求的間隙0.314～0.428mm范圍內）。

1.4 密封改造后效果對比

密封改造后，設備運行平穩(wěn)，生產系統(tǒng)各項指標運行正常，并實現(xiàn)了達產達標[10]，表1為風機帶負荷運行改造前后技術指標對照表：

除對運行數(shù)據(jù)進行比較外，技術人員對二氧化硫鼓風機前、后運行狀況與特性曲線也做了對比（圖3），結果如下：

改造前后二氧化硫鼓風機性能參數(shù)對比分析結論：

改進前風機運行工況點用圖3中藍色圓點表示，改進后風機運行工況點用圖3中紅色圓點表示。從二氧化硫鼓風機性能曲線圖表中看，改進前風機雖然在性能曲線要求范圍內運行，但從Q-T曲線看，運行工況點已經接近風機性能曲線范圍邊緣;從Q-P曲線看，出口壓力卻達不到工藝要求。改進后運行工況點，溫度由原來的78℃下降到52℃左右，出口壓力增加到180mbar左右，不僅在性能曲線范圍內運行，而且工況點已經非常接近風機高效運行區(qū)（圖3中陰影部分）。

改進后的二氧化硫鼓風機在接近高效區(qū)域內運行，對設備的長期穩(wěn)定運行提供了可靠的保證，提高了機器的效率。

二氧化硫鼓風機流量增大。改進后二氧化硫鼓風機流量保持在140000Nm3/h左右，基本在風機設計流量附近運行，從運行參數(shù)的檢測情況來看，二氧化硫鼓風機雖然在設計最大工況下運行，但是風機本體及各附屬設備的運行效果良好，軸的振幅保持在40μm以下，相比改進前的振動數(shù)據(jù)有大幅下降。

2 結論

風機迷宮密封改進后，機器運行效果良好，各項指標及效率均有所改進。增加了風機出口流量，提高了風機運行效率，減小了風機振動，降低了風機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延遲了風機使用壽命，達到了二氧化硫鼓風機整體性能提高的目的。

通過對比檢修前后機器運行參數(shù)，證明本次密封改造是成功的，為以后進口設備的備件國產化奠定了一定的基礎，具有一定的技術推廣價值。

參考文獻：

[1]顧永泉.流體動密封[M].北京：中國石化出版社，2004.

[2]趙斌等.基于CFD技術的階梯型迷宮密封的結構優(yōu)化[J].潤滑與密封，2008（10）：66-69.

[3]王煒哲，劉應征，葉春等.迷宮密封內部結構尺寸對泄露量的影響[J].機械工程學報，2007（3）：22-27.

[4]李志剛，李剛，豐鎮(zhèn)平.迷宮密封泄漏特性影響因素的研究[J].西安交通大學學報，2010（3）：16-20.

[5]劉衛(wèi)華，林麗，朱高濤.迷宮密封機理的研究現(xiàn)狀及其展望[J].流體機械，2007（35）：35-39.

[6]李志剛，郎驥，李軍等.迷宮密封泄漏特性的試驗研究[J].西安交通大學學報，2010（3）：49-64.

[7]丁軍，孫輝輝，王彩紅等.迷宮密封內部結構尺寸對密封特性的影響[J].華北科技學院學報，2015（12）：89-91.

[8]黃來.迷宮密封內流場的數(shù)值模擬和泄露量研究[J].湖南電力，2007（4）：1-4.

[9]畢明樹.迷宮密封泄露量設計計算綜述[J].風機技術，1994（5）：23-24.

[10]朱高濤.迷宮密封泄露量計算方法的分析[J].潤滑與密封，2006（4）：123-125.